指紋識(shí)別預(yù)處理中的關(guān)鍵技術(shù)方向圖

1、指紋識(shí)別預(yù)處理中的關(guān)鍵技術(shù)方向圖摘  要  針對(duì)指紋圖像的方向性，可利用方向圖對(duì)指紋圖像進(jìn)行平滑和增強(qiáng)處理，本文提出了一種提取指紋圖像方向信息的有效方法，并用低通濾波器對(duì)求得的方向進(jìn)行了平 滑，對(duì)平滑后的指紋方向信息與預(yù)定方向逼近，使得求到的指紋方向信息更準(zhǔn)確，更接近實(shí)際。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法得到的指紋方向圖準(zhǔn)確地反映了指紋紋線的走 向。     關(guān)鍵詞  指紋圖像；預(yù)處理；方向圖 0  引言    指紋圖像被看作有確定紋理的流狀模型,通過計(jì)算方向 場(chǎng)作為它的方向圖，方向圖反映了指紋圖

2、像紋理結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，要使噪化的指紋圖像預(yù)處理后能獲得清晰、穩(wěn)定的脊線特征圖，必須準(zhǔn)確地提取指紋圖像的方向圖。方 向圖實(shí)際上描述了指紋圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)所在脊和谷在該點(diǎn)的切線方向。求取方向圖在很多指紋識(shí)別系統(tǒng)中都是必不可少的環(huán)節(jié)，所以被認(rèn)為是解決指紋自動(dòng)識(shí)別 中的關(guān)鍵技術(shù)。指紋方向圖是指紋紋型特征提取和分類，指紋分割，圖像編碼，圖像增強(qiáng)等指紋關(guān)鍵技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。另外，在本文的簡(jiǎn)化算法中，低通濾波器的選 取仍然依照方向圖，所以方向圖的計(jì)算至關(guān)重要。Chong1等利用B-樣條曲線抽取指紋圖像的脊和框架，并基于此進(jìn)行指紋分類；Tojo等在分析了圖像邊緣2×2窗口對(duì)紋型局部方向的作用之后,提出了

3、一種求塊局部紋線平均方向的方法,該方法采用統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算平均方向,顯然抗噪聲能力很差；Mehtre2提出了基于鄰域內(nèi)模板不同方向上灰度值的變化，求取點(diǎn)方向,進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出塊方向圖的方法,該方法對(duì)噪聲的魯棒性較好,而且算法簡(jiǎn)單,只是所選的鄰域大于16時(shí),在奇異點(diǎn)區(qū)域的方向圖效果較差,且方向限制在8個(gè),增加了誤差；Jain改進(jìn)了Rao3的利用梯度算子求取方向圖的方法,采用一個(gè)平滑后處理算法,使方向圖的漸變性更好,且該方法抗噪聲能力強(qiáng),算法復(fù)雜度不高。一種改進(jìn)的指紋塊方向圖算法4，在計(jì)算方向圖時(shí)采用塊重疊的方式，即在求某一小塊的方向時(shí)，先以此小塊為中心擴(kuò)大塊的范圍并計(jì)算該大塊的方向，然后將此大塊方向

4、作為小塊方向。由于引進(jìn)了相鄰塊的相關(guān)性，所得的塊方向圖更連續(xù)、更準(zhǔn)確?？傊?目前使用的方法各有利弊,很難找到十全十美的方法。    本文在指紋圖像方向信息提取方法的基礎(chǔ)上，提出了一種提取指紋圖像方向信息的新方法；并用一低通濾波器對(duì)求得的各塊指紋圖像方向信息進(jìn)行了平滑，修正不準(zhǔn) 確的方向信息，對(duì)修正的方向信息與預(yù)定方向逼近，使得每塊圖像的方向?yàn)檫B續(xù)角，更準(zhǔn)確地表示出紋路真實(shí)的方向信息。1  指紋圖像方向信息提取    指紋方向信息提取的算法簡(jiǎn)述如下：    第一步：把采集到的指紋圖像（本文為300

5、×300象素大?。┓殖蓋×w的方塊（本文w取15象素大?。?。    第二步：計(jì)算指紋圖像每一個(gè)象素點(diǎn)的一階偏導(dǎo)數(shù)，本文采用sobel算子5作為離散卷積的模板，模板尺寸為3×3大小。將原始指紋圖像分別與兩模板進(jìn)行離散卷積，即可求得一階偏導(dǎo)。    第三步：計(jì)算每一個(gè)圖像子塊的方向：    第四步：由于輸入指紋圖像噪聲的存在，所以以上求出的方向信息有一定的誤差，根據(jù)指紋的特點(diǎn)，除個(gè)別地區(qū)外,在局部小塊區(qū)域內(nèi),指紋紋路的走向變化一般都 是比較緩慢的,用一低通濾波器對(duì)各塊指紋圖像的方

6、向信息進(jìn)行塊水平的平滑,修正不準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。具體方法為先計(jì)算（x，y）在x軸和y軸上的投影分 量：x（x，y）=cos（x，y）y（x，y）=sin（x，y）    低通濾波表示為：其中H（u，v）為二維低通濾波器，wl×wl為5×5濾波器尺寸，w為圖像子塊尺寸（本文取w=15個(gè)象素大小）。     塊平滑后的方向?yàn)?，如下所示：    第五步：為使求得的方向圖對(duì)適度的旋轉(zhuǎn)有一定的魯棒性，用周圍八個(gè)塊的方向?qū)Ξ?dāng)前塊的方向進(jìn)行規(guī)整，具體方法是利用當(dāng)前塊的3×3鄰域八

7、個(gè)塊的方向和的平均值作為當(dāng)前塊的方向。2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析    本文描述的方法使用公開數(shù)據(jù)集指紋圖像庫(kù)FVC2000DB1和FVC2002DB3作為測(cè)試對(duì)象，用本文提出的方法求得的方向圖對(duì)指紋圖像進(jìn)行濾波處理。圖2是對(duì)FVC2000DB1中的指紋圖（如圖1所示）利用本文方法得到的方向圖進(jìn)行濾波處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。    雖然方向圖求取算法的精度沒有明確的定義,但是,直觀的視覺鑒別濾波圖像和考察后續(xù)處理中特征提取的準(zhǔn)確率及預(yù)處理時(shí)間等可以說明該方向圖算法有較高的提取精度。用肉眼觀察的結(jié)果表明有96%的方向圖提取結(jié)果是準(zhǔn)確的。&#

8、160; 圖1 指紋原圖                     圖2 方向圖濾波結(jié)果圖3  結(jié)論    本文通過對(duì)現(xiàn)有求取方向圖方法的研究，提出了一種新的得到指紋方向信息的方法，并對(duì)方向信息進(jìn)行了平滑以及根據(jù)周圍塊的方向信息對(duì)當(dāng)前塊的方向進(jìn)行更正。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能較好地求出指紋的方向信息，對(duì)后續(xù)的指紋圖像濾波提供了較好的前提條件。參考文獻(xiàn) 1 Kaw

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